DE102017127076A1 - Mechatronics module with a hybrid circuit arrangement - Google Patents

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Abstract

Bei einer Mechatronikbaugruppe (1) mit einer hybriden Schaltungsanordnung (2), wird vorgeschlagen, dass die hybride Schaltungsanordnung (2) wenigstens eine Schaltstrecke (3) aufweist, welche Schaltstrecke (3) wenigstens einen ersten mechanischen Schalter (4) und wenigstens eine erste Halbleiterschaltungsanordnung (5) umfasst, wobei die hybride Schaltungsanordnung (2) an einer ersten Fläche (6) eines Keramiksubstrats (7) angeordnet ist, wobei eine, der ersten Fläche (7) gegenüber liegende, zweite Fläche des Keramiksubstrats (7) mit einer Metallplatte (10), insbesondere einer Kupferplatte, verbunden ist, wobei an der Metallplatte (10) eine Gehäuseschale (11) befestigt ist, welche das Keramiksubstrat (7) und die hybride Schaltungsanordnung (2) umschließt, wobei die Metallplatte (10) und die Gehäuseschale (11) ein Gehäuse (12) der Mechatronikbaugruppe (1) bilden, wobei Zwischenräume innerhalb des Gehäuses (12) wenigstens bereichsweise mit einer Vergussmasse gefüllt sind.In a mechatronic assembly (1) with a hybrid circuit arrangement (2), it is proposed that the hybrid circuit arrangement (2) has at least one switching path (3), which switching path (3) comprises at least one first mechanical switch (4) and at least one first semiconductor circuit arrangement (5), wherein the hybrid circuit arrangement (2) is arranged on a first surface (6) of a ceramic substrate (7), wherein a second surface of the ceramic substrate (7) opposite the first surface (7) is provided with a metal plate (7). 10), in particular a copper plate, to the metal plate (10) a housing shell (11) is fixed, which surrounds the ceramic substrate (7) and the hybrid circuit arrangement (2), wherein the metal plate (10) and the housing shell ( 11) form a housing (12) of the mechatronic assembly (1), wherein intermediate spaces within the housing (12) are at least partially filled with a potting compound.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mechatronikbaugruppe gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a mechatronic assembly according to claim 1.
  • Es sind sog. hybride Schaltgeräte bekannt, welche sowohl mechanische Schalter als auch Halbleiterschalter aufweisen. Ein derartiges Schaltgerät ist etwa aus der WO 2015/028634 A1 bekannt. Derartige Schaltgeräte weisen erhebliche Unterschiede zu rein mechanischen Schaltgeräten auf, welche - in der Praxis - zu gänzlich unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich des elektromechanischen Aufbaus führen.There are known. Hybrid switching devices are known, which have both mechanical switches and semiconductor switches. Such a switching device is approximately from the WO 2015/028634 A1 known. Such switching devices have significant differences to purely mechanical switching devices, which - in practice - lead to completely different requirements with regard to the electromechanical structure.
  • Bei hybriden Schaltgeräten liegen in der Regel mehrere mechanische Kontaktpaare seriell im Strompfand durch das Schaltgerät. Dies hat oftmals einen höheren Widerstand und eine höhere Eigenerwärmung zur Folge. Gleichzeitig sind Leistungshalbleiter zentrale Komponenten, die für ein Abschalten der Ströme durch das hybride Schaltgerät unerlässlich sind. Hohe Umgebungstemperaturen vermindern jedoch die Lebensdauer von Halbleiterschaltern. Ein Ausfall der Halbleiterschalter würde bedeuten, dass ein Strom lediglich durch das, parallel zu den Halbleiterschaltern angeordnete Bypassrelais ausgeschaltet werden müsste, welches dazu schlichtweg nicht ausgelegt ist, und welchem auch keine Lichtbogenlöscheinrichtung zugeordnet ist. Das Bypassrelais wird ohne funktionierende Halbleiterschalter beim Versuch einen hohen Strom abzuschalten, etwa einen Kurzschlussstrom in einer typischen Niederspannungs-Installationsumgebung, explosionsartig zerstört.In hybrid switching devices are usually several pairs of mechanical contact serially in the current collection through the switching device. This often results in a higher resistance and a higher self-heating. At the same time, power semiconductors are key components that are essential for switching off the currents through the hybrid switching device. High ambient temperatures, however, reduce the life of semiconductor switches. A failure of the semiconductor switch would mean that a current would have to be turned off only by the parallel to the semiconductor switches arranged bypass relay, which is simply not designed for this, and which is also associated with no arc quenching device. The bypass relay is exploded without functioning solid state switches in an attempt to turn off high current, such as a short circuit current in a typical low voltage installation environment.
  • Weiters können unterschiedliche Temperaturniveaus innerhalb des Schaltgeräts zu einer Beeinträchtigung der Funktion des hybriden Schaltgerätes führen.Furthermore, different temperature levels within the switching device can lead to an impairment of the function of the hybrid switching device.
  • Es hat sich weiters gezeigt, dass der tatsächliche elektromechanische Aufbau in ganz erheblicher Weise die Funktionsfähigkeit der hybriden Schaltungsanordnung, insbesondere deren Fähigkeit Kurzschlussströme mit einigen tausend Ampere sicher abzuschalten, beeinflusst.It has also been shown that the actual electromechanical structure quite significantly affects the functionality of the hybrid circuitry, in particular its ability to safely shut off short circuit currents of a few thousand amperes.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Mechatronikbaugruppe der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile hybrider Schaltgeräte vermieden werden können, und mit welchem über lange Zeit eine elektrische Absicherung gewährleistet werden kann.The object of the invention is therefore to provide a mechatronic assembly of the type mentioned, with which the mentioned disadvantages of hybrid switching devices can be avoided, and with which over a long time an electrical fuse can be guaranteed.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.This is achieved by the features of claim 1 according to the invention.
  • Dadurch kann sicher über eine lange Zeit eine elektrische Absicherung gewährleistet werden. Dadurch kann im Falle eines Ausfalls der ersten Halbleiterschaltungsanordnung die Umgebung sicher vor den Folgen einer Zerstörung des mechanischen Schalters geschützt werden. Durch die Ankoppelung an die Metallplatte kann innerhalb der Mechatronikbaugruppe eine ausgeglichene Temperatur erreicht werden. Die nach Außen freie Fläche der Metallplatte kann gut Wärme an die Umgebung abgeben. Durch die Summe der gegenständlichen Maßnahmen kann ein realer Aufbau einer hybriden Schaltungsanordnung geschaffen werden, welcher langlebig und funktionssicher ist.As a result, an electrical fuse can be safely ensured over a long time. As a result, in the event of a failure of the first semiconductor circuit arrangement, the environment can be safely protected from the consequences of destruction of the mechanical switch. By coupling to the metal plate, a balanced temperature can be achieved within the mechatronic assembly. The outer surface of the metal plate can give off heat to the environment well. By the sum of the representational measures, a real structure of a hybrid circuit arrangement can be created, which is durable and reliable.
  • Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims relate to further advantageous embodiments of the invention.
  • Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.It is hereby expressly referred to the wording of the claims, whereby the claims at this point are incorporated by reference into the description and are considered to be reproduced verbatim.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
    • 1 einen Stromlaufplan einer Ausführungsform einer gegenständlichen hybriden Schaltungsanordnung;
    • 2 eine gegenständliche Mechatronikbaugruppe ohne Gehäuseschale in axonometrischer Darstellung;
    • 3 die Mechatronikbaugruppe gemäß 2 im Grundriss; und die
    • 4 die Mechatronikbaugruppe gemäß 2 mit geschlossenem Gehäuse in axonometrischer Darstellung.
    The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which only preferred embodiments are shown by way of example. Showing:
    • 1 a circuit diagram of an embodiment of a subject hybrid circuitry;
    • 2 an objective mechatronics module without housing shell in axonometric representation;
    • 3 the mechatronics module according to 2 in the floor plan; and the
    • 4 the mechatronics module according to 2 with closed housing in axonometric representation.
  • 1 zeigt einen Stromlaufplan einer hybriden Schaltungsanordnung 2, wie diese insbesondere als Teil eines hybriden Schutzschalters, insbesondere eines Niederspannungs-Schutzschaltgerät, vorgesehen ist. Der konkrete und nachfolgend beschriebene Schaltungsaufbau ist ein Beispiel, wobei auch hievon abweichende Arten hybrider Schaltungsanordnung vorgesehen sein können, insbesondere wenn diese als Hauptschaltstrecke eines Schutzschalters geeignet sind. 1 shows a circuit diagram of a hybrid circuit arrangement 2 as provided in particular as part of a hybrid circuit breaker, in particular a low-voltage circuit breaker. The concrete and subsequently described circuit structure is an example, although deviating types of hybrid circuit arrangement can also be provided, in particular if these are suitable as the main switching path of a circuit breaker.
  • Die gegenständliche hybride Schaltungsanordnung 2 weist wenigstens eine Schaltstrecke 3 auf, wobei auch weitere Schaltstrecken vorgesehen sein können. Es kann vorgesehen sein, dass Schaltstrecken für Außenleiter unterschiedlich zu Schaltstrecken für Neutralleiter ausgebildet und/oder betrieben werden.The subject hybrid circuitry 2 has at least one switching path 3 on, with other switching paths can be provided. It may be provided that switching paths for outer conductors are designed and / or operated differently from switching paths for neutral conductors.
  • In der ersten Schaltstrecke 3 ist ein erster mechanischer Schalter 4 angeordnet, welcher bei dem gegenständlichen Schaltungslayout als Bypassschalter 8 bezeichnet werden kann. Schaltungstechnisch parallel zu dem ersten Schalter 4 ist eine erste Halbleiterschaltungsanordnung 5 angeordnet, welche Leistungshalbleiterschaltelemente, etwa IGBT, umfasst. Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform ist weiters eine zweite Halbleiterschaltungsanordnung 15 parallel zum Bypassschalter 8 geschaltet, welche ebenfalls entsprechende Leistungshalbleiterschaltelemente aufweist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Durchflussrichtung der zweiten Halbleiterschaltungsanordnung 15 entgegengesetzt einer Durchflussrichtung der ersten Halbleiterschaltungsanordnung 5 ist. In the first switching path 3 is a first mechanical switch 4 arranged, which in the subject circuit layout as a bypass switch 8th can be designated. Circuit technology parallel to the first switch 4 is a first semiconductor circuit arrangement 5 arranged, which power semiconductor switching elements, such as IGBT comprises. In accordance with the particularly preferred embodiment, there is further a second semiconductor circuit arrangement 15 parallel to the bypass switch 8th connected, which also has corresponding power semiconductor switching elements. It is preferably provided that a flow direction of the second semiconductor circuit arrangement 15 opposite to a flow direction of the first semiconductor circuit arrangement 5 is.
  • Parallel zu dieser Schaltanordnung ist ein Varistor 25 angeordnet.Parallel to this switching arrangement is a varistor 25 arranged.
  • Der hybriden Schaltungsanordnung 2 ist eine elektronische Steuereinheit 26 zugeordnet, welche jedoch außerhalb der gegenständlichen Mechatronikbaugruppe 1 angeordnet ist. Diese dient der Ansteuerung der mechanischen und der elektrischen Schalter. Die elektronische Steuereinheit 26 ist bevorzugt außen an der Gehäuseschale 11 angeordnet.The hybrid circuitry 2 is an electronic control unit 26 but which are outside of the subject mechatronics module 1 is arranged. This serves to control the mechanical and electrical switches. The electronic control unit 26 is preferably on the outside of the housing shell 11 arranged.
  • Die hybride Schaltungsanordnung 2 weist wenigstens einen Shunt 19 einer Strommessanordnung auf. Die gegenständlich dargestellte Ausführungsform weist drei Shunts 19 auf.The hybrid circuit arrangement 2 has at least one shunt 19 a current measuring arrangement. The illustrated embodiment has three shunts 19 on.
  • Die hybride Schaltungsanordnung 2 weist weiters bevorzugt einen zweiten mechanischen Schalter 13 auf, welcher bei der gegenständlichen Ausführungsform zur galvanischen Trennung nach erfolgter Abschaltung dient.The hybrid circuit arrangement 2 further preferably comprises a second mechanical switch 13 on which serves in the subject embodiment for galvanic isolation after shutdown.
  • Die hybride Schaltungsanordnung 2 kann auch gänzlich abweichend ausgebildet sein, wobei der eigentliche Abschaltvorgang des Stromes gänzlich ohne mechanischem Schalter erfolgt, wobei dann der Bypassschalter 8 entfällt. Bei derartigen sog. Solid State Circuit Breakern übernimmt der erste mechanische Schalter 4 die Funktion der galvanischen Trennung, welche gemäß 1 vom zweiten mechanischen Schalter 13 erfüllt wird.The hybrid circuit arrangement 2 can also be designed entirely deviating, the actual shutdown of the current is entirely without mechanical switch, in which case the bypass switch 8th eliminated. In the case of such so-called solid state circuit breakers, the first mechanical switch takes over 4 the function of galvanic isolation, which according to 1 from the second mechanical switch 13 is fulfilled.
  • Weiters weist die hybride Schaltungsanordnung 2 bevorzugt eine dritte Halbleiterschaltungsanordnung 16 auf, welche umfassend MosFETs 21 ausgebildet ist, und welche seriell zum ersten mechanischen Schalter 4 und parallel zur ersten Halbleiterschaltungsanordnung 5 geschaltet ist. Diese dritte Halbleiterschaltungsanordnung 16 ermöglicht ein Trennen der Kontakte des Bypassschalters 8 ohne Lichtbögen, ist jedoch beim Konzept gemäß 1 nicht zwingend erforderlich.Furthermore, the hybrid circuit arrangement 2 preferably a third semiconductor circuit arrangement 16 which includes MosFETs 21 is formed, and which seriell to the first mechanical switch 4 and parallel to the first semiconductor circuit arrangement 5 is switched. This third semiconductor circuit arrangement 16 allows disconnecting the contacts of the bypass switch 8th without arcs, but is according to the concept 1 not mandatory.
  • Die 2 bis 4 zeigen jeweils unterschiedliche Ansichten einer Mechatronikbaugruppe 1 mit einer hybriden Schaltungsanordnung 2, wie diese vorstehend beispielhaft beschrieben ist, welche jedoch jedenfalls wenigstens eine Schaltstrecke 3 mit einem ersten mechanischen Schalter 4 und einer erste Halbleiterschaltungsanordnung 5 aufweist. Weiters zeigen die entsprechenden Figuren die optionale zweite Halbleiterschaltungsanordnung 15. Die hybride Schaltungsanordnung 2 ist an einer ersten Fläche 6 eines Keramiksubstrats 7, etwa Al2O3 oder AIN, angeordnet. Dabei kann das Keramiksubstrat 7 auch lediglich ein Teil eines größeren Bauteilträgers sein.The 2 to 4 show different views of a mechatronics module 1 with a hybrid circuit arrangement 2 , as described above by way of example, but in any case at least one switching path 3 with a first mechanical switch 4 and a first semiconductor circuit arrangement 5 having. Furthermore, the corresponding figures show the optional second semiconductor circuit arrangement 15 , The hybrid circuit arrangement 2 is on a first surface 6 a ceramic substrate 7 , Al 2 O 3 or AlN, arranged. In this case, the ceramic substrate 7 also be just part of a larger component carrier.
  • Die, der ersten Fläche 7 gegenüber liegende zweite Fläche des Keramiksubstrats 7 ist mit einer Metallplatte 10, insbesondere einer Kupferplatte, Aluminiumplatte oder Silberplatte, verbunden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Metallplatte 10 an einer, dem Keramiksubstrat 7 abgewandten Fläche mit einem Kühlkörper verbunden ist.The, the first surface 7 opposite second surface of the ceramic substrate 7 is with a metal plate 10 , in particular a copper plate, aluminum plate or silver plate, connected. It is particularly preferred that the metal plate 10 on one, the ceramic substrate 7 opposite surface is connected to a heat sink.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Keramiksubstrat 7 im Wesentlichen vollflächig mit der Metallplatte 10 verbunden. Dabei ist weiters vorgesehen, dass das Keramiksubstrat 7 im Wesentlichen direkt mit der Metallplatte 10 verbunden ist, wobei zwischen diesen eine Wärmeleitpaste oder ähnliches angeordnet sein kann. It is preferably provided that the ceramic substrate 7 essentially full surface with the metal plate 10 connected. It is further provided that the ceramic substrate 7 essentially directly with the metal plate 10 is connected, between which a thermal paste or the like may be arranged.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Metallplatte 10 Teil eines Kühlkörpers ist.Furthermore, it can be provided that the metal plate 10 Part of a heat sink is.
  • An der Metallplatte 10 ist eine Gehäuseschale 11 befestigt, welche das Keramiksubstrat 7 und die hybride Schaltungsanordnung 2 umschließt, wobei die Metallplatte 10 und die Gehäuseschale 11 derart ein Gehäuse 12 der Mechatronikbaugruppe 1 bilden. Die Gehäuseschale 11 ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet. Bevorzugt ist die Gehäuseschale 11 mit der Metallplatte 10 verschraubt.At the metal plate 10 is a housing shell 11 attached, which is the ceramic substrate 7 and the hybrid circuitry 2 encloses, with the metal plate 10 and the housing shell 11 such a housing 12 the mechatronics module 1 form. The housing shell 11 is preferably formed of an electrically insulating plastic. The housing shell is preferred 11 with the metal plate 10 screwed.
  • Zwischenräume innerhalb des Gehäuses 12 sind wenigstens bereichsweise mit einer Vergussmasse gefüllt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass diese Zwischenräume mittels SilGel verfüllt sind, wobei jedoch auch andere Vergussmassen, etwa auf Epoxid-Basis vorgesehen sein können. Weiters ist bevorzugt ein Vakuumverguss vorgesehen.Intermediate spaces within the housing 12 are at least partially filled with a potting compound, wherein in particular it is provided that these spaces are filled by means of SilGel, but also other potting compounds may be provided, such as epoxy-based. Furthermore, a vacuum casting is preferably provided.
  • Wie im einleitenden Teil bereist angeführt, ist die tatsächliche Anordnung der Bauteile sowie die Konzeption des elektromechanischen Aufbaus wichtig für das Funktionieren der hybriden Schaltungsanordnung 2 in der Realität. Die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen haben sich diesbezüglich als sehr vorteilhaft erwiesen.As stated in the introductory part, the actual arrangement of the components as well as the design of the electromechanical structure is important for the functioning of the hybrid circuitry 2 in reality. The measures described below have proven to be very advantageous in this regard.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste mechanische Schalter 4, welcher bevorzugt als Bypassschalter 8 ausgebildet ist, im Bereich einer Mitte des Keramiksubstrats 7 auf dem Keramiksubstrat 7 angeordnet ist. Dadurch ist es möglich die weiteren Komponenten um diesen zentralen Bauteil herum anzuordnen. Dies hat sich als wichtig bzw. vorteilhaft erwiesen, da dadurch die Leitungslängen kurz gehalten werden können, und vor allem da dadurch die Schleifeninduktanz einzelner Schaltungsteile sehr kurz gehalten werden kann. Als Mitte wird dabei insbesondere der Bereich entlang einer Symmetrieachse des Keramiksubstrats 7 bezeichnet. It is preferably provided that the first mechanical switch 4 , which preferably as a bypass switch 8th is formed, in the region of a center of the ceramic substrate 7 on the ceramic substrate 7 is arranged. This makes it possible to arrange the other components around this central component around. This has proved to be important or advantageous, since thereby the line lengths can be kept short, and especially because thereby the Schleifeninduktanz individual circuit parts can be kept very short. In this case, the center in particular is the region along an axis of symmetry of the ceramic substrate 7 designated.
  • Sofern die hybride Schaltungsanordnung 2 weiters einen zweiten mechanischen Schalter 13 aufweist, ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser - wie etwa in 3 zu erkennen - in einer Linie mit dem ersten mechanischen Schalter 4 angeordnet ist.Unless the hybrid circuitry 2 furthermore a second mechanical switch 13 has, it is preferably provided that this - such as in 3 to recognize - in line with the first mechanical switch 4 is arranged.
  • Der oder die Schalter 4, 8, 13 sind bevorzugt nicht direkt auf dem Keramiksubstrat 7 abgeordnet. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass auf dem Keramiksubstrat 7 eine vorgebbare Anzahl elektrisch leitender Befestigungsblöcke 14, insbesondere Metallblöcke, vorzugsweise Kupferblöcke, angeordnet sind, und dass der erste mechanische Schalter 4 und/oder der zweite mechanische Schalter 13 an den Befestigungsblöcken 14 befestigt sind. Weiters sind auch die Anschlussklemmen 22, 23, 24 an derartigen Befestigungsblöcken 14 angeordnet bzw. befestigt.The switch or switches 4 . 8th . 13 are preferably not directly on the ceramic substrate 7 seconded. It is preferably provided that on the ceramic substrate 7 a predetermined number of electrically conductive mounting blocks 14 , in particular metal blocks, preferably copper blocks, are arranged, and that the first mechanical switch 4 and / or the second mechanical switch 13 at the mounting blocks 14 are attached. Furthermore, the terminals are 22 . 23 . 24 on such mounting blocks 14 arranged or attached.
  • Die Anschlussklemmen 22, 23, 24 sind bevorzugt entlang einer Reihe angeordnet, was es einfach möglich macht mehrere gleichartige Mechatronikbaugruppen 1 parallel zu schalten.The terminals 22 . 23 . 24 are preferably arranged along a row, which makes it easily possible several similar Mechatronikbaugruppen 1 to switch in parallel.
  • Derartige Befestigungsblöcke 14 ermöglichen eine sichere Montage der Schalter 4, 8, 13 und Anschlussklemmen 22, 23, 24. Insbesondere ermöglichen diese eine genaue Positionierung des Bypassschalters 8, bei welchem es sich um einen Präzisionsschalter handelt. Durch die Befestigung auf den Befestigungsblöcken 14 kann vermieden werden, dass der Bypassschalter 8 - wie etwa bei der Befestigung mittels Löten - zu stark erwärmt und dadurch in Mitleidenschaft gezogen wird. Weiters kann verhindert werden, dass sich dieser verzieht. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der erste mechanische Schalter 4 und/oder der zweite mechanische Schalter 13 an den Befestigungsblöcken 14 angeschraubt sind.Such mounting blocks 14 allow a safe installation of the switches 4 . 8th . 13 and terminals 22 . 23 . 24 , In particular, these allow accurate positioning of the bypass switch 8th , which is a precision switch. By mounting on the mounting blocks 14 can be avoided that the bypass switch 8th - As in the case of attachment by means of soldering - too hot and is affected by it. Furthermore, it can be prevented that this warps. It is particularly preferably provided that the first mechanical switch 4 and / or the second mechanical switch 13 at the mounting blocks 14 are screwed on.
  • Die erste Halbleiterschaltungsanordnung 5 und die zweite Halbleiterschaltungsanordnung 15, welche bevorzugt umfassend IGBTs und serielle Blocking Dioden ausgebildet sind, sind, wie in 1 dargestellt, parallel geschaltet, und wie in 2 und 3 dargestellt, bevorzugt symmetrisch beidseitig des ersten mechanischen Schalters 4 angeordnet.The first semiconductor circuit arrangement 5 and the second semiconductor circuit arrangement 15 , which are preferably formed comprising IGBTs and serial blocking diodes are, as in 1 shown, connected in parallel, and as in 2 and 3 represented, preferably symmetrically on both sides of the first mechanical switch 4 arranged.
  • Die dritte Halbleiterschaltungsanordnung 16 ist bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Schalter 4, 13 angeordnet. Die dritte Halbleiterschaltungsanordnung 16 ist umfassend MosFets 21 ausgebildet. Bei den Leitungen 17 handelt es sich um Steueranschlüsse der MosFets 21.The third semiconductor circuit arrangement 16 is preferred between the first and second switches 4 . 13 arranged. The third semiconductor circuit arrangement 16 is comprehensive MosFets 21 educated. At the wires 17 these are tax connections of the MosFets 21 ,
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein MosFet 21 der dritten Halbleiterschaltungsanordnung 16 als Schmelzsicherung 18 ausgebildet ist. Dies ist derart zu verstehen, dass wenigstens ein MosFet 21 die Funktion einer Schmelzsicherung übernimmt, und bei einer entsprechenden Überlast zerstört wird, woraufhin die betreffende Leitung unterbrochen wird. Dadurch kann die Sicherheit der Mechatronikbaugruppe 1 weiter erhöht werden, ohne dass hiezu zusätzliche Bauteile erforderlich wären.It has proven to be particularly advantageous that a MosFet 21 the third semiconductor circuit arrangement 16 as a fuse 18 is trained. This is to be understood as meaning that at least one MosFet 21 the function of a fuse takes over, and is destroyed at a corresponding overload, whereupon the line in question is interrupted. This can improve the safety of the mechatronic assembly 1 be further increased without additional components would be required.
  • Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die hybride Schaltungsanordnung 2 wenigstens einen Shunt 19 einer Strommessanordnung aufweist, und dass der wenigstens eine Shunt 19 als Leiterbahn, insbesondere umfassend Silber, der hybriden Schaltungsanordnung 2 ausgebildet ist. Dadurch kann auf einen diesbezüglich separaten Bauteil verzichtet werden.Furthermore, it is preferably provided that the hybrid circuit arrangement 2 at least one shunt 19 a current measuring arrangement, and that the at least one shunt 19 as a conductor track, in particular comprising silver, of the hybrid circuit arrangement 2 is trained. This eliminates the need for a separate component in this regard.
  • Die Mechatronikbaugruppe 1 weist weiters wenigstens einen Temperatursensor 27 auf, welcher bevorzugt in räumlicher Nähe zu dem wenigstens einen Shunt 19 angeordnet ist.The mechatronics module 1 furthermore has at least one temperature sensor 27 which is preferably in spatial proximity to the at least one shunt 19 is arranged.
  • Der wenigstens einen Shunt 19 kann auch zur Energiemessung verwendet werden. Der Temperatursensor 27 erlaubt, neben der allgemeinen Temperaturüberwachung weiters auch die Kalibrierung des Shunts 19. Im Bereich der ersten bzw. zweiten mechanischen Schalter 4, 13 sind bevorzugt weitere Temperatursensoren 28, 29 angeordnet, um weiters die Temperatur im Bereich der mechanischen Schalter 4, 13 zu überwachen.The at least one shunt 19 can also be used for energy measurement. The temperature sensor 27 In addition to the general temperature monitoring, it is also possible to calibrate the shunt 19 , In the area of the first and second mechanical switches 4 . 13 are preferably further temperature sensors 28 . 29 arranged to further the temperature in the range of mechanical switches 4 . 13 to monitor.
  • Die Mechatronikbaugruppe 1 weist weiters eine vorgebbare Mehrzahl Steueranschlüsse 20 zum Verbinden der hybriden Schaltungsanordnung 2 mit einer elektronischen Steuereinheit auf.The mechatronics module 1 furthermore has a predeterminable plurality of control terminals 20 for connecting the hybrid circuitry 2 with an electronic control unit on.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leistungsbaugruppen eines Niederspannungs-Schutzschaltgeräts in einer gegenständlichen Mechatronikbaugruppe 1 angeordnet sind.It is particularly preferred that the power modules of a low-voltage circuit breaker in a representational mechatronics module 1 are arranged.
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • WO 2015/028634 A1 [0002]WO 2015/028634 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Mechatronikbaugruppe (1) mit einer hybriden Schaltungsanordnung (2), wobei die hybride Schaltungsanordnung (2) wenigstens eine Schaltstrecke (3) aufweist, welche Schaltstrecke (3) wenigstens einen ersten mechanischen Schalter (4) und wenigstens eine erste Halbleiterschaltungsanordnung (5) umfasst, wobei die hybride Schaltungsanordnung (2) an einer ersten Fläche (6) eines Keramiksubstrats (7) angeordnet ist, wobei eine, der ersten Fläche (7) gegenüber liegende, zweite Fläche des Keramiksubstrats (7) mit einer Metallplatte (10) verbunden ist, wobei an der Metallplatte (10) eine Gehäuseschale (11) befestigt ist, welche das Keramiksubstrat (7) und die hybride Schaltungsanordnung (2) umschließt, wobei die Metallplatte (10) und die Gehäuseschale (11) ein Gehäuse (12) der Mechatronikbaugruppe (1) bilden, wobei Zwischenräume innerhalb des Gehäuses (12) wenigstens bereichsweise mit einer Vergussmasse gefüllt sind.A mechatronic module (1) with a hybrid circuit arrangement (2), wherein the hybrid circuit arrangement (2) has at least one switching path (3), which switching path (3) comprises at least one first mechanical switch (4) and at least one first semiconductor circuit arrangement (5), the hybrid circuit arrangement (2) being arranged on a first surface (6) of a ceramic substrate (7), a second surface of the ceramic substrate (7) lying opposite the first surface (7) being connected to a metal plate (10), wherein a housing shell (11) is fixed to the metal plate (10), which surrounds the ceramic substrate (7) and the hybrid circuit arrangement (2), wherein the metal plate (10) and the housing shell (11) form a housing (12) of the mechatronic assembly (12). 1) form, wherein intermediate spaces within the housing (12) are at least partially filled with a potting compound.
  2. Mechatronikbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramiksubstrat (7) im Wesentlichen vollflächig mit der Metallplatte (10) verbunden ist.Mechatronics module (1) according to Claim 1 , characterized in that the ceramic substrate (7) is substantially full surface connected to the metal plate (10).
  3. Mechatronikbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte (10) an einer, dem Keramiksubstrat (7) abgewandten Fläche mit einem Kühlkörper verbunden ist.Mechatronics module (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the metal plate (10) on a, the ceramic substrate (7) facing away from surface is connected to a heat sink.
  4. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste mechanische Schalter (4) als Bypassschalter (8) ausgebildet ist, und im Bereich einer Mitte des Keramiksubstrats (7) auf dem Keramiksubstrat (7) angeordnet ist.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the first mechanical switch (4) as a bypass switch (8) is formed, and in the region of a center of the ceramic substrate (7) on the ceramic substrate (7) is arranged.
  5. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride Schaltungsanordnung (2) weiters einen zweiten mechanischen Schalter (13) aufweist, welcher seriell sowohl zum ersten mechanischen Schalter (4) als auch der ersten Halbleiterschaltungsanordnung (5) angeordnet ist.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the hybrid circuit arrangement (2) further comprises a second mechanical switch (13), which is arranged serially to both the first mechanical switch (4) and the first semiconductor circuit arrangement (5).
  6. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Keramiksubstrat (7) eine vorgebbare Anzahl elektrisch leitender Befestigungsblöcke (14) angeordnet sind, und dass der erste mechanische Schalter (4) und/oder der zweite mechanische Schalter (13) an den Befestigungsblöcken (14) befestigt sind.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that on the ceramic substrate (7) a predetermined number of electrically conductive mounting blocks (14) are arranged, and that the first mechanical switch (4) and / or the second mechanical switch (13) are fixed to the mounting blocks (14) ,
  7. Mechatronikbaugruppe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste mechanische Schalter (4) und/oder der zweite mechanische Schalter (13) an den Befestigungsblöcken (14) angeschraubt sind.Mechatronics module (1) according to Claim 6 , characterized in that the first mechanical switch (4) and / or the second mechanical switch (13) are screwed to the mounting blocks (14).
  8. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride Schaltungsanordnung (2) weiters eine zweite Halbleiterschaltungsanordnung (15) aufweist, und dass die erste Halbleiterschaltungsanordnung (5) und die zweite Halbleiterschaltungsanordnung (15), welche bevorzugt umfassend IGBTs und serielle Blocking Dioden ausgebildet sind, parallel geschaltet und symmetrisch beidseitig des ersten mechanischen Schalters (4) angeordnet sind.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 7 characterized in that the hybrid circuit arrangement (2) further comprises a second semiconductor circuit arrangement (15), and in that the first semiconductor circuit arrangement (5) and the second semiconductor circuit arrangement (15), which are preferably formed comprising IGBTs and serial blocking diodes, are connected in parallel and symmetrically on both sides of the first mechanical switch (4) are arranged.
  9. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride Schaltungsanordnung (2) eine dritte Halbleiterschaltungsanordnung (16) aufweist, welche umfassend MosFETs (21) ausgebildet ist, und welche seriell zum ersten mechanischen Schalter (4) und parallel zur ersten Halbleiterschaltungsanordnung (5) geschaltet ist.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the hybrid circuit arrangement (2) comprises a third semiconductor circuit arrangement (16), which is formed MosFETs (21), and which is connected in series with the first mechanical switch (4) and parallel to the first semiconductor circuit arrangement (5).
  10. Mechatronikbaugruppe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein MosFet (21) der dritten Halbleiterschaltungsanordnung (16) als Schmelzsicherung ausgebildet ist.Mechatronics module (1) according to Claim 9 , characterized in that a MosFet (21) of the third semiconductor circuit arrangement (16) is designed as a fuse.
  11. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hybride Schaltungsanordnung (2) wenigstens einen Shunt (19) einer Strommessanordnung aufweist, und dass der wenigstens eine Shunt (19) als Leiterbahn, insbesondere umfassend Silber, der hybriden Schaltungsanordnung (2) ausgebildet ist.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the hybrid circuit arrangement (2) has at least one shunt (19) of a current measuring arrangement, and that the at least one shunt (19) is designed as a conductor track, in particular comprising silver, of the hybrid circuit arrangement (2).
  12. Mechatronikbaugruppe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in räumlicher Nähe zu dem wenigstens einen Shunt (19) wenigstens ein Temperatursensor der Mechatronikbaugruppe (1) angeordnet ist.Mechatronics module (1) according to Claim 11 , characterized in that at least one temperature sensor of the mechatronic assembly (1) is arranged in spatial proximity to the at least one shunt (19).
  13. Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechatronikbaugruppe (1) eine vorgebbare Mehrzahl Steueranschlüsse (20) zum Verbinden der hybriden Schaltungsanordnung (2) mit einer elektronischen Steuereinheit aufweist.Mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the mechatronic assembly (1) has a predeterminable plurality of control terminals (20) for connecting the hybrid circuit arrangement (2) with an electronic control unit.
  14. Niederspannungs-Schutzschaltgerät umfassend wenigstens eine Mechatronikbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Low-voltage circuit breaker comprising at least one mechatronic assembly (1) according to one of Claims 1 to 13 ,
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